專利名稱：用板式聲學(xué)輻射元件制作的揚(yáng)聲器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及揚(yáng)聲器，尤其涉及包括板式聲學(xué)輻射元件的揚(yáng)聲器。
背景技術(shù)：
英國(guó)專利GB-A-2262861中提出了一種板式揚(yáng)聲器，這種揚(yáng)聲器包括共振多模態(tài)輻射器元件，這是由夾有橫向蜂窩結(jié)構(gòu)的間隔芯的二層蒙皮材料組成的一元夾層板，其中該夾層板在所有測(cè)定方位上的彎曲剛度(B)對(duì)于單位表面面積的板質(zhì)量(μ)的立方的比值至少為10；安裝裝置，該裝置以自由的無(wú)阻尼的方式支承所述板件或?qū)⑵浒惭b到一支架上；以及連接到所述板的電氣-機(jī)械驅(qū)動(dòng)裝置，該裝置用于響應(yīng)在揚(yáng)聲器工作頻帶范圍內(nèi)的電氣輸入并在輻射器板中激勵(lì)多模態(tài)共振。
發(fā)明的公開(kāi)本發(fā)明各實(shí)施例所使用的構(gòu)件的本質(zhì)特性、結(jié)構(gòu)和配置可在與本發(fā)明同日的待審PCT專利申請(qǐng)No.(我方案號(hào)p.5711)的指導(dǎo)下全面和/或具體地獲得。因此這種構(gòu)件具有承受和傳播輸入振動(dòng)能量的能力，這是通過(guò)在厚度方向的工作面中橫向延伸至元件邊緣部分的彎曲波來(lái)實(shí)現(xiàn)的，但彎曲波也不是非要延伸至元件邊緣不可；以或不以彎曲剛度的各向異性來(lái)構(gòu)造，以具有在所述工作區(qū)(諸工作區(qū))上分布的有利于與周圍空氣進(jìn)行聲耦合的諸共振模態(tài)振動(dòng)分量；以及具有在所述工作區(qū)內(nèi)安放換能器裝置的諸預(yù)定優(yōu)先位置或場(chǎng)所，尤其在操作上具有對(duì)所述工作區(qū)(諸工作區(qū))中的聲振動(dòng)活動(dòng)有效的換能器主動(dòng)或運(yùn)動(dòng)部件(諸主動(dòng)或運(yùn)動(dòng)部件)；及具有與這種振動(dòng)活動(dòng)的聲學(xué)內(nèi)容對(duì)應(yīng)的通常是電信號(hào)的信號(hào)。在與本發(fā)明同日的待審國(guó)際申請(qǐng)No(我方案號(hào)p.5711)中展望了把這種構(gòu)件用作或用于無(wú)換能器裝置的聲學(xué)設(shè)備中，諸如用于混響或用于聲音濾波或用于使聲音“傳到”(voicing)一空間或場(chǎng)所；及用作或用于有換能器裝置的“有源”聲學(xué)設(shè)備，例如當(dāng)收到需要被轉(zhuǎn)換成聲音的輸入信號(hào)時(shí)，將其用于具有極寬頻率范圍的聲源或揚(yáng)聲器中。
本發(fā)明特別涉及擴(kuò)音器形式的有源聲學(xué)設(shè)備。
在本文中把如上的構(gòu)件稱作分布模態(tài)聲輻射器，并且準(zhǔn)備使其具有上述PCT申請(qǐng)中的和/或本文專門(mén)提供的其他特征。
本發(fā)明提供一種揚(yáng)聲器，該揚(yáng)聲器包括外殼、在外殼中的聲輻射器、把聲輻射器安裝在外殼中使之相對(duì)于外殼作有限活塞運(yùn)動(dòng)的柔順懸置物、及以用于驅(qū)動(dòng)輻射器用的換能器裝置。所述揚(yáng)聲器的特征在于所述輻射器是板式分布模態(tài)聲輻射器，在于具有完整地和唯一地安裝在所述輻射器上以振動(dòng)該輻射器使其共振的第一換能器，還在于具有用于改變外殼中的空氣壓力以使所述輻射器作活塞運(yùn)動(dòng)的裝置。所述空氣壓力變化裝置可包括一空氣泵。該空氣泵可包括輔助外殼、安裝在該輔助外殼中的活塞式驅(qū)動(dòng)器、以及連接各自外殼的內(nèi)部使由活塞式驅(qū)動(dòng)器的運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的空氣壓力波動(dòng)傳送到所述外殼的裝置。
可在所述外殼和/或在輔助外殼中配備聲吸收裝置，例如軟填料。
所述分布模態(tài)聲輻射器可包括具有夾在一對(duì)高模數(shù)輕質(zhì)蒙皮之間的輕質(zhì)蜂窩芯子的板件。
附圖的簡(jiǎn)要說(shuō)明對(duì)本發(fā)明以舉例的方式在附圖中進(jìn)行圖示，其中

圖1是同時(shí)待審的我們的國(guó)際申請(qǐng)No…(我方案號(hào)P.5711)中所述的和所要求權(quán)利的分布模態(tài)揚(yáng)聲器的圖；圖2a是沿圖1線A-A的部分截面圖；圖2b是圖2a所示類型的分布模態(tài)輻射器的放大截面圖，該圖示出兩種可能的結(jié)構(gòu)；圖3是按照本發(fā)明所述的分布模態(tài)擴(kuò)音器的實(shí)施例的圖；實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的最佳方式參照附圖中的圖1，該圖表示同日進(jìn)入的我們的待審國(guó)際申請(qǐng)(我方案號(hào)P.5711)中所述和所要求權(quán)利的那種板式揚(yáng)聲器81，揚(yáng)聲器81包括在內(nèi)周邊周圍載有彈性懸置物3的矩形框架1，懸置物3支承分布模態(tài)聲輻射板2。如與本發(fā)明同日進(jìn)入的，我們的待審國(guó)際申請(qǐng)(我方案號(hào)P.56831415)中所詳述的換能器9，在由尺寸x和y規(guī)定的預(yù)定位置處完整地和唯一地裝在板2上或板2中，對(duì)該位置的計(jì)算如與本發(fā)明同日進(jìn)入的我們的待審國(guó)際申請(qǐng)中(我方案號(hào)P.5711)所述，以便把彎曲波動(dòng)投射到板中，使該板共振以輻射一聲學(xué)輸出。換能器9由用導(dǎo)線28連接到該換能器的信號(hào)放大器10，例如音頻放大器，所驅(qū)動(dòng)。
放大器的加載和功率要求可以是完全標(biāo)稱的，與常規(guī)的圓錐型揚(yáng)聲器相同，在室內(nèi)加載條件下靈敏度約為86-88分貝/瓦。放大器負(fù)載的阻抗基本上是電阻性的，為6歐姆，功率轉(zhuǎn)換能力為20-80瓦。當(dāng)板芯和/或蒙皮用金屬制造時(shí)，它們可以起到換能器散熱器的作用以從換能器動(dòng)圈除去熱量，因此提高了功率轉(zhuǎn)換能力。
圖2a和2b是圖1揚(yáng)聲器81的部分典型截面圖。圖2a表示框架1、圍繞物3和板2用各自的粘合連接層20連接在一起?？蚣艿暮线m材料包括輕質(zhì)框，例如由擠壓金屬(如鋁合金)或塑料制成的畫(huà)框。合適的圍繞物材料包括彈性材料，例如海綿橡膠和泡沫塑料。連接層20用的合適粘合劑包括環(huán)氧樹(shù)脂、聚丙烯和氰基丙烯酸酯等粘合劑。
圖2b以放大的尺寸示出板2是一具有芯子22的剛性輕質(zhì)板，該芯子22由例如剛性泡沫塑料97(如交聯(lián)的聚氯乙烯)或蜂窩狀基體98(即用金屬薄片、塑料或類似物質(zhì)制成的蜂窩狀基體)制成，各蜂房結(jié)構(gòu)橫向地伸展在板的平面上，并且由對(duì)置的蒙皮21(如紙、卡片紙、塑料、或金屬薄片或金屬薄板)封閉。在蒙皮用塑料制成的情況下，可以用已知的方式，如用碳、玻璃、Kevlbar(注冊(cè)商標(biāo))或類似材料的纖維來(lái)強(qiáng)化蒙皮以增加其模數(shù)。
預(yù)期的蒙皮層材料和強(qiáng)化物因此包括各種捻法和織法的碳、玻璃、Kevlar(注冊(cè)商標(biāo))、Nomex(注冊(cè)商標(biāo))，即芳香族聚酰胺等的纖維，此外還有紙、粘合紙層壓板、蜜胺，及各種高模數(shù)的合成塑料薄膜如Mylar(注冊(cè)商標(biāo))、Kaptan(注冊(cè)商標(biāo))、聚碳酸酯、酚醛、聚酯或有關(guān)的塑料、及纖維強(qiáng)化塑料等，及金屬薄板或薄片。對(duì)Vectra牌的諸液晶聚合物熱塑塑料的考察表明，這些熱塑料可用于超薄蒙皮或小尺寸(比方說(shuō)直到約30厘米直徑)超薄蒙皮或殼體的注塑成形。該材料本身在注射方向上形成一有向晶體結(jié)構(gòu)，即形成一可從驅(qū)動(dòng)點(diǎn)向板周邊很好地傳送高音能量的擇優(yōu)位向。
此外，使用這種或其他熱塑材料允許使模具上帶有如槽，環(huán)一類的定位特征，用于使如動(dòng)圈，磁鐵一類的換能部件精確定位。對(duì)于某些較軟的芯體件材料，還要補(bǔ)充計(jì)算最好在多達(dá)換能器直徑的150％的區(qū)域或環(huán)形區(qū)域中所需增加的蒙皮厚度，以強(qiáng)化該區(qū)域并有利于把振動(dòng)能量耦合到板中。采取此措施能在使用較軟的泡沫材料時(shí)改善高頻響應(yīng)。
預(yù)期的芯層材料包括用鋁合金薄板或薄膜或用Kevlar(注冊(cè)商標(biāo))、Nomex(注冊(cè)商標(biāo))、普通紙或粘合紙、及各種合成塑料薄膜，以及充氣塑料或泡沫塑料或者木漿原料。甚至各種航空膠凝金屬制造的蜂窩或瓦楞結(jié)構(gòu)，如果它們具有適當(dāng)?shù)偷拿芏鹊脑?。某些合適的芯層材料在其制造過(guò)程中呈現(xiàn)可利用的蒙皮自生成現(xiàn)象和/或具有足夠的固有剛度，因而可以直接使用而不作為蒙皮層之間的夾層。以商標(biāo)名“Rohacell”而聞名的高性能蜂窩狀芯子材料適合作輻射板，這種材料無(wú)需蒙皮。實(shí)際上，目的在于全面達(dá)到適合于一特定用途的輕度和剛度，具體來(lái)說(shuō)，包括對(duì)芯層和蒙皮層以及其間過(guò)渡部分的優(yōu)化。
板的若干優(yōu)先組合方案采用金屬和金屬合金的蒙皮，或者作為另一選擇采用碳纖維強(qiáng)化物。這二種材料，以及使用合金航空膠凝物質(zhì)或金屬蜂窩芯子的設(shè)計(jì)方案，都具有顯著的射頻屏蔽特性，這些特性在一些EMC(電磁兼容性)應(yīng)用中應(yīng)該說(shuō)是重要的。常規(guī)的板式或圓錐式揚(yáng)聲器則不具有內(nèi)在的EMC屏蔽能力。
此外，壓電動(dòng)態(tài)換能器的優(yōu)選形式具有很小的電磁輻射或雜散磁場(chǎng)。常規(guī)的揚(yáng)聲器則具有大的磁場(chǎng)，除非采取專門(mén)的補(bǔ)償對(duì)策，否則磁場(chǎng)最遠(yuǎn)可達(dá)1米。
在一應(yīng)用中，如果保持屏蔽是重要的，則可與合適的DML板的導(dǎo)電部件進(jìn)行電氣連接或者把導(dǎo)電泡沫塑料或類似連接材料用于邊的安裝。
懸置物3可對(duì)板的各邊起阻尼作用以防板產(chǎn)生過(guò)大的邊沿運(yùn)動(dòng)。此外，或作為另一種選擇，通過(guò)把例如一些補(bǔ)釘粘合到板的經(jīng)過(guò)選擇的位置上，可以施加進(jìn)一步的阻尼以阻止過(guò)大的運(yùn)動(dòng)并使共振均勻分布在板上。補(bǔ)釘可以是如在常規(guī)揚(yáng)聲器外罩中常用的基于瀝青的材料或者是彈性或剛性聚合物薄板材料。某些材料，特別是紙和卡片紙，和某些芯子可以是自阻尼的。在需要時(shí)，通過(guò)使用彈性凝固而不是剛性凝固的粘合劑，可以在板的結(jié)構(gòu)方面增加阻尼。
有效的所述可選阻尼包括給包含其薄板材料在內(nèi)的板件專門(mén)施加永久與其相連的裝置。邊和角對(duì)于本發(fā)明板的主要和低分散的低頻振動(dòng)模態(tài)特別重要。在邊上安裝阻尼裝置有利于使所述薄板材料完全被框所框住，然而，比方說(shuō)為了進(jìn)行希望擴(kuò)展到更低頻率的操作，常常可使板的各個(gè)角相對(duì)自由。可以用粘合劑或自粘合材料來(lái)粘接。另一些形式的有用阻尼，特別就更細(xì)微效果和/或中頻及更高頻率而言，可以通過(guò)在所述區(qū)域的預(yù)定有效居中位置上把適當(dāng)?shù)馁|(zhì)塊或諸質(zhì)塊粘貼到薄板材料上而實(shí)現(xiàn)。
如上所述的聲板是雙向輻射的。來(lái)自后面的聲能與來(lái)自前面的聲能之間沒(méi)有密切的相位關(guān)系。因此存在以下優(yōu)點(diǎn)在室的聲音功率綜合相加、聲能的頻率分布均勻、反射波和駐波效應(yīng)減小、在聲音記錄的再現(xiàn)方面獲得自然空間和環(huán)境的優(yōu)良再現(xiàn)。
雖然聲板的輻射主要是非方向性的，但是與相位有關(guān)的信息的百分比隨離軸而增長(zhǎng)。為了改善對(duì)仿真立體聲圖像的聚焦，把揚(yáng)聲器如圖像一樣安放在站立著的人員的通常高度上帶來(lái)的好處是，對(duì)于正常坐著的收聽(tīng)者，適度離軸安放使立體效果最佳。同樣，對(duì)收聽(tīng)者的三角形左/右?guī)缀侮P(guān)系提供又一角度分量。因此可得到良好的立體聲。
與常規(guī)的揚(yáng)聲器再現(xiàn)相比，對(duì)于一群收聽(tīng)者說(shuō)還有另一好處。聲板聲輻射的固有分散特性給板賦予的聲音音量并不遵守等效點(diǎn)源的與距離平方成反比的定律。因?yàn)閺?qiáng)度隨距離的衰落比預(yù)期的平方反比定律小得多，所以對(duì)于不在中心和位置不佳的聽(tīng)眾來(lái)說(shuō)，板式揚(yáng)聲器的強(qiáng)度場(chǎng)與常規(guī)揚(yáng)聲器相比發(fā)揮了優(yōu)良的立體聲效果。這是因?yàn)槲挥谥行闹獾穆?tīng)眾不受靠近較近揚(yáng)聲器的雙重問(wèn)題的影響首先由較近的那個(gè)揚(yáng)聲器產(chǎn)生的音量過(guò)度增大，其次由較遠(yuǎn)的那個(gè)揚(yáng)聲器產(chǎn)生的音量相應(yīng)減小。
扁平的輕質(zhì)板式揚(yáng)聲器還具有如下優(yōu)點(diǎn)外觀有吸引力、音質(zhì)好、只需一個(gè)換能器、對(duì)來(lái)自每個(gè)板隔膜的全程聲音沒(méi)有交疊。
圖3示出在揚(yáng)聲器81中混合活塞式和分布模態(tài)的共振行為的另一種方法。在該圖中，圖1和2所示類型的剛性分布模態(tài)聲輻射器板2形成箱形外殼8的前壁，該外殼8具有諸邊135和例如由中等密度的纖維板制成的后壁12，一起限定一腔體155。由聲吸收材料制成的板51設(shè)在腔體155中。由聲吸收材料制成的板51設(shè)于腔體中以阻尼駐波。用例如為了模擬常規(guī)活塞式圓錐揚(yáng)聲器的繞周邊滾動(dòng)(roll surround)的柔順懸置物來(lái)把輻射器板2安裝在外殼8上，輻射器板2載有與本發(fā)明同日進(jìn)入的我們的待審國(guó)際申請(qǐng)No.(我方案號(hào)P.5683/4/5)所述類型的換能器9，該換能器9在與本發(fā)明同日進(jìn)入的我們的待審國(guó)際申請(qǐng)No.(我方案號(hào)P.5711)所述的預(yù)定位置上完整地和唯一地安裝在板2上以把彎曲波動(dòng)投射到該板中。
外殼8的內(nèi)腔155用一筒狀管道90連接到低音泵11，即到包含活塞式低音揚(yáng)聲器驅(qū)動(dòng)單元42的箱式外殼185的內(nèi)部，因而把低音中的聲頻的空氣壓力波動(dòng)施加到外殼8的內(nèi)部155以使板2在其柔順的懸置物7上作活塞式運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生低頻聲學(xué)輸出。此外用換能器9共振以導(dǎo)致板輻射較高頻率的聲學(xué)輸出。設(shè)置放大器1以把聲音信號(hào)送到低音泵11和換能器9以驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器。
權(quán)利要求
1.一種揚(yáng)聲器，包括外殼、在所述外殼中的聲輻射器、把所述聲輻射器安裝在所述外殼，中使之相對(duì)于所述外殼作活塞運(yùn)動(dòng)的柔順懸置物、及以活塞方式驅(qū)動(dòng)所述輻射器用的換能器裝置，所述揚(yáng)聲器的特征在于所述輻射器是板式分布模態(tài)聲輻射器，在于具有完整地和唯一地安裝在所述輻射器上以振動(dòng)所述輻射器使其共振的第一換能器，還在于具有改變所述外殼中的空氣壓力以使所述輻射器作活塞運(yùn)動(dòng)的裝置。
2.按照權(quán)利要求1所述的揚(yáng)聲器，其特征在于，所述空氣壓力改變裝置包括空氣泵。
3.按照權(quán)利要求2所述的揚(yáng)聲器，其特征在于，所述空氣泵包括輔助外殼、安裝在所述輔助外殼中的活塞式驅(qū)動(dòng)器、以及連接各自外殼的內(nèi)部使由所述活塞式驅(qū)動(dòng)器的運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的空氣壓力波動(dòng)傳送到所述外殼的裝置。
4.按照權(quán)利要求3所述的揚(yáng)聲器，其特征在于，所述揚(yáng)聲器在所述外殼和/或所述輔助外殼中具有聲吸收裝置。
5.按照以上任一權(quán)利要求所述的揚(yáng)聲器，其特征在于，所述分布模態(tài)聲輻射器包括具有夾在一對(duì)高模數(shù)輕質(zhì)蒙皮之間的輕質(zhì)蜂窩芯子的板件。
全文摘要
一種揚(yáng)聲器(81),包括外殼、在該外殼中的聲輻射器(2)、把該輻射器安裝在外殼中使之相對(duì)于外殼作活塞運(yùn)動(dòng)的柔順懸置物(3)、及以活塞方式驅(qū)動(dòng)輻射器用的換能器裝置(9),所述揚(yáng)聲器的特征在于所述輻射器是板式分布模態(tài)聲輻射器,在于具有完整地和唯一地安裝在所述輻射器上以振動(dòng)該輻射器使其共振的第一換能器,還在于具有改變外殼中的空氣壓力以使所述輻射器作活塞運(yùn)動(dòng)的裝置(11)。
文檔編號(hào)H04R1/28GK1195457SQ9619670
公開(kāi)日1998年10月7日 申請(qǐng)日期1996年9月2日 優(yōu)先權(quán)日1995年9月2日
發(fā)明者亨利·阿茲瑪, 馬丁·科洛姆斯, 尼爾·哈里斯 申請(qǐng)人:新型轉(zhuǎn)換器有限公司